Министерство образованияРеспублики Беларусь
Белорусский национальныйтехнический университет
Международный институтдистанционного образования
Курсовая работа
по дисциплине
«Аппаратное ипрограммное обеспечение сетей»
по теме:
«Консолидацияинформационных потоков предприятия»
Оглавление
Введение
1. Постановка задачи
2. Функциональная схемалокальной вычислительной сети
2.1 Анализ информационныхпотребностей предприятия
2.2 Информационные потокив ЛВС предприятия
3. Планирование структурысети
3.1 Общая методикапроектирования РИВС
3.2 Метод коммутациипакетов — вариант виртуального канала
3.3 Сетевая архитектура итопология
4. Организация сети наоснове сетевой ОС
4.1 Структура NetWare иобзор особенностей
4.2 Способы повышенияпроизводительности
4.3 Способы обеспечениянадежности
4.4 Защита информации
4.5 Управление процессами
4.6 Файловая система
5. Структуракорпоративной компьютерной сети предприятия, сетевые устройства и средствакоммуникаций
5.1 Кабели
5.2 Адаптеры
5.3 Репитер
5.4 Серверы
5.5 Модемы и факс-модемы
5.6 Автоматизированныерабочие места
6. Расчеты затрат насоздание сети
Заключение
Библиографический список
Введение
Насегодняшний день в мире существует более 130 миллионов компьютеров и более 80%из них объединены в различные информационно-вычислительные сети от малых локальныхсетей в офисах до глобальных сетей типа Internet, FidoNet, FREEnet и т.д.Всемирная тенденция к объединению компьютеров в сети обусловлена рядом важныйпричин, таких как ускорение передачи информационных сообщений, возможностьюбыстрого обмена информацией между пользователями, получению и передачисообщений (факсов, Е-Мail писем, электронных конференций и т.д.) не отходя отрабочего места, возможностью мгновенного получения любой информации из любойточки земного шара, а так же обмену информацией между компьютерами разных фирмпроизводителей работающих под разным программным обеспечением.
Применение напрактике таких огромных потенциальных возможностей, которые несет в себевычислительная сеть и тот новый потенциальный подъем, который при этом испытываетинформационный комплекс, значительно ускоряет производственные процессы.
На базе ужесуществующего компьютерного парка и программного комплекса, отвечающейсовременным научно-техническим требованиям возникает необходимость в разработкепринципиального решения вопроса по организации ИВС(информационно-вычислительной сети) с учетом возрастающих потребностей ивозможностью дальнейшего постепенного развития сети в связи с появлением новыхтехнических и программных решений.
Компьютернаясеть – совокупность программно-технических средств, обеспечивающих обменинформацией между двумя и более пользователями, работающими на разных(автономных) компьютерах, соединенных между собой.
Компьютерныесети создаются для того, чтобы дать возможность территориально разобщеннымпользователям обмениваться информацией между собой, использовать одинаковыепрограммы, общие информационные и аппаратные ресурсы.
Под ресурсамипонимаются данные, приложения (программы), различные периферийные устройства(принтеры, модемы, сканеры, жесткие и гибкие диски и т.д.).
По некоторымоценкам, более половины действующих ЭВМ подключены к сетям.
Использованиекомпьютерных сетей имеет множество преимуществ:
Снижениезатрат за счет коллективного использования разнообразных баз данных и аппаратныхсредств
Стандартизацияприложений – все пользователи работают на одном и том же ПО (программномобеспечении), «говорят на одном языке»
Оперативностьполучения информации без отрыва от рабочих мест
Эффективноевзаимодействие и планирование рабочего времени (проведении дискуссий,оперативных совещаний без отрыва от рабочих мест)
Общимикомпонентами всех сетей являются:
Серверы(server) – компьютеры, предоставляющие свои ресурсы сетевым пользователям;
Клиенты(client), рабочие станции – компьютеры, осуществляющие доступ к сетевымресурсам, предоставляемыми сервером (серверами);
Среда (media)– средства передачи информации;
Совместноиспользуемые данные – файлы, передаваемые серверами по сети;
Совместноиспользуемые периферийные устройства.
Сетипоявились в результате творческого сотрудничества специалистов вычислительнойтехники и техники связи. Вычислительные сети подразделяются на два вида:локальные и глобальные.
Для созданияединого информационного пространства, способного охватить всех пользователей предприятияи предоставления им информационно созданную в разное время и в разномпрограммном обеспечении используют локальную вычислительную сеть (ЛВС). Под ЛВСпонимают совместное подключение нескольких отдельных компьютерных рабочих мест(рабочих станций) к единому каналу передачи данных. Самая простая сеть (англ.Network) состоит как минимум из двух компьютеров, соединенных друг с другомкабелем. Это позволяет им использовать данные совместно. Все сети (независимоот сложности) основываются именно на этом простом принципе. Рождениекомпьютерных сетей было вызвано практическими потребностями — иметь возможностьдля совместного использования данных.
Понятиелокальная вычислительная сеть (англ. LAN-Lokal Area Network) относится кгеографически ограниченным (территориально или производственно)аппаратно-программным реализациям, в которых несколько компьютерных системсвязанны друг с другом с помощью соответствующих средств коммуникаций.Благодаря такому соединению пользователь может взаимодействовать с другими рабочимистанциями, подключенными с этой ЛВС.
Существуетдва основных типа сетей: одноранговые и сети на основе сервера. В одноранговойсети все компьютеры равноправны т.е. нет иерархии среди компьютеров и нетвыделенного (англ. dedicated) сервера. Как правило, каждый компьютерфункционирует и как клиент, и как сервер; иначе говоря, нет отдельногокомпьютера, ответственного за администрирование всей сети. Все пользователисамостоятельно решают, какие данные на своем компьютере сделать общедоступнымпо сети. На сегодняшний день одноранговые сети бесперспективны. Если к сетиподключено более 10 пользователей, то одноранговая сеть, где компьютерывыступают в роли и клиентов, и серверов, может оказаться недостаточнопроизводительной. Поэтому большинство сетей используют выделенные серверы.Выделенным называется такой сервер, который функционирует только как сервер(исключая функции клиента или рабочей станции). Они специально оптимизированыдля быстрой обработки запросов от сетевых клиентов и для управления защитойфайлов и каталогов. Сети на основе сервера стали промышленным стандартом.Существуют и комбинированные типы сетей, совмещающие лучшие качестваодноранговых сетей и сетей на основе сервера.
Впроизводственной практики ЛВС играют очень большую роль. Посредством ЛВС всистему объединяются персональные компьютеры, расположенные на многих удаленныхрабочих местах, которые используют совместно оборудование, программные средстваи информацию. Рабочие места сотрудников перестают быть изолированными иобъединяются в единую систему. Все ЛВС работают в одном стандарте, принятом длякомпьютерных сетей — в стандарте Open Systems Interconnection (OSI).
1. Постановка задачи
Дано:центральный офис (central office — CO) и сеть его представительств 1, 2, 3, 4,5, расположенных на большом удалении друг от друга с однотипным наборомтехнических средств.
Необходимо:определить наиболее эффективное решение, с точки зрения цена/качество, пообеспечению передачи информации из всех представительств в центральный офис CO.В центральном офисе организовать ЛВС с выходом в Интернет.
/>/>2.Функциональная схема локальной вычислительной сети
/>/>
2.1 Анализинформационных потребностей предприятия
Для повышенияэффективности работы предприятия предлагается разработка и внедрение напредприятии компьютерной информационно-вычислительной сети, которая позволит оптимизироватьпроцессы документооборота, делопроизводства и бухгалтерского учета.
Локальныесети служат для объединения рабочих станций, периферии, терминалов и других устройств.Локальная сеть позволяет повысить эффективность работы компьютеров за счет совместногоиспользования ими ресурсов, например файлов и принтеров. Как результат, этодает возможность предприятию использовать локальную сеть для связи воединоданных, функций обмена и вычислений, а также хранения информации нафайл-серверах.
Характерными особенностямилокальной сети являются:
ограниченныегеографические пределы;
обеспечениемногим пользователям доступа к среде с высокой пропускной способностью;
постоянноеподключение к локальным сервисам;
физическоесоединение рядом стоящих устройств.
При организацииЛВС с выходом в интернет предприятие получит неограниченные информационныевозможности, а также возможность пользования электронной почтой и другимиприложениями.
/>/>
2.2Информационные потоки в ЛВС предприятия
Информациябудет передаваться от филиалов предприятия в центральный офис и наоборот. ЛВСбудет присутствовать не только в центральном офисе, но и в каждом филиале.
3. Планирование структуры сети
Так какфилиалы предприятия могут находиться в разных городах, то будем проектироватьраспределенную информационно-вычислительную сеть или РИВС.
3.1 Общаяметодика проектирования РИВС
Дляпроектирования РИВС вначале необходимо произвести ее топологический синтез, аименно: определить число узлов сети и способы их связи между собой иисточниками информации, параметры и места размещения каналов связи,концентраторов данных и т.п. Синтез топологической структуры крупномасштабныхРИВС сопряжен с рядом проблем, связанных с ограниченными возможностямииспользуемой вычислительной техники, большими размерностями характеристикпотоков информации, координат оконечных пунктов сети, многоэкстремальностьюрешаемой задачи, несовершенностью используемых методов оптимизации.Перечисленные проблемы вызывают необходимость использования декомпозиционногоподхода, позволяющего свести решение сложной задачи к ряду более простых. Впрактике проектирования общая задача синтеза топологической структуры сетиразбивается на ряд подзадач. Решение этих задач, в совокупности составляющихобщую задачу синтеза осуществляется с помощью эвристических методов.
Дляорганизации целенаправленного топологического синтеза РИВС используется 3хуровневая архитектура и 3 уровня проектирования:
«вертикальный»,на котором проектируется региональные вертикальные СПД;
«вертикально-горизонтальный»,на котором проектируются вертикально-горизонтальные СПД;
«горизонтальный»,на котором проектируется горизонтальная СПД.
В соответствиис используемыми уровнями выделяют следующие этапы проектирования.
1й этап. Всеисходное множество городов-узлов, подлежащих объединению в единую РИВСподвергаются процедуре регионально-территориальной декомпозиции, в результатекоторой определяется совокупность регионов, входящих в проектируемую сеть.Процесс декомпозиции осуществляется на основе анализа матрицы расстояний итрафиков. Результатом данного этапа является совокупность регионов и множествагородов, входящих в каждый регион.
2й этап.Производится определение статуса каждого региона путем анализа матрицытяготения передачи информации для входящих в него городов.
3й этап.Первоначально для каждого полученного региона выбирается звездообразнаятопология в качестве начальной. Затем для всех регионов решаютсясоответствующие задачи.
4й этап. Решаетсязадача горизонтального синтеза – проектируется горизонтальная СПД. В качествеисходных данных для нее выступают узлы-центры вертикальных ивертикально-горизонтальных СПД, определенных на предыдущем этапе. Результатомявляется топологическая структура горизонтальной СПД.
5й этап.Объединение результатов предыдущих этапов в результате чего синтезируется общаятопологическая структура РИВС.
6й этап.Определение основных интегральных характеристик результирующей сети иформирование таблиц маршрутизации для передачи сообщений.
3.2 Методкоммутации пакетов – вариант виртуального канала
Сети скоммутацией пакетов были разработаны правительством США в 70-е годы дляобеспечения надежной цифровой передачи данных по телефонным линиям. Коммутацияпакетов представляет собой метод доставки сообщений, при котором данныепомещаются в небольших пакетах. Пакеты могут передаваться в место назначения поразличным маршрутам сети коммутации пакетов. Разные пакеты сообщения могутиметь различные маршруты. В маршрутизации трафика важно достичь наилучшегомаршрута и скорейшей доставки. Коммутация пакетов обеспечивает наилучший способсовместного использования коммуникационных линий для передачи пакетов данных.Сети коммутации пакетов предлагают такие фирмы как AT&T, Tymenet, Telnet,CompuServe, GE, Sprint и Infonet Services. Некоторые компании предлагаютмеждународные услуги. Телефонные компании часто имеют свои средства коммутациипакетов, которые вы можете использовать для объединения локальных сетей.Подобные линии являются виртуальными. Как уже говорилось, виртуальная линиявыглядит для пользователя как выделенная линия, связывающая системы. Реальнопередача осуществляется путем разбиения информации на пакеты и передачи ее повысокоскоростной линии наряду с другими пакетами. На приемном конце ваши пакетыотделяются от других пакетов, принадлежащих другим пользователям,реассемблируются и обрабатываются. Сеть коммутации пакетов обычно имеет многоузлов и обеспечивает альтернативные и резервные маршруты. Для доставки пакетовиспользуется два метода: старый, X.25, обеспечивающий высокий уровень проверкина ошибки, и новый, метод переключения окна, использующий современные болеенадежные цифровые телефонные системы. Он позволяет уменьшить объем проверкиошибок и увеличить пропускную способность.
Коммутацияпакетов производится путем разбивки сообщения на пакеты, которые представляютсобой элементы сообщений, но снабженные заголовком и имеющие фиксированную ипостоянную длину. Пакеты, также как и сообщения, передаются по маршруту отначального абонента к конечному. Разница заключается в том, что сообщениепередается не целиком, а отдельными пакетами. На практике оказалось, что времядоставки одного сообщения по способу коммутации пакетов является наименьшим.Исключение составляет тот случай, когда скоммутируемый канал используетсядлительное время для передачи последовательности сообщений, поэтому ввычислительных сетях способ коммутации пакетов является основным. Во многихслучаях этот способ является наиболее эффективным. Во-первых, ускоряетсяпередача данных в сетях сложной конфигурации за счет того, что возможнапараллельная передача пакетов одного сообщения на разных участках сети;во-вторых, при появлении ошибки требуется повторная передача короткого пакета,а не всего длинного сообщения. Кроме того, ограничение сверху на размер пакетапозволяет обойтись меньшим объемом буферной памяти в промежуточных узлах намаршрутах передачи данных в сети.
Коммутацияпакетов отличается от коммутации каналов тем, что передача данных происходит повиртуальным каналам. По запросу в сети общего пользования происходит выделениеопределенной полосы. Между двумя пунктами, обменивающимися данными через сеть спакетной коммутацией, нет прямой физической связи. В виртуальном канале накаждый вызов устанавливается определенный маршрут и все пакеты данного сеансапроходят через сеть по этому маршруту. Передаваемые данные разбиваются накороткие пакеты, которые затем передаются по сети. В месте назначения этипакеты вновь собираются в исходном формате.
Вот некоторыепреимущества коммутации пакетов:
Более высокаяэффективность каналов связи, так как длинные транспортные каналы динамическираспределяются между многими вызовами и пользователями;
Эффективноеуправление нагрузкой — буферизация в сети дает возможность выдерживатьвременные пики нагрузки без блокирования;
Преобразованиескорости передачи данных — обмен данными может протекать между пользователями,работающими с разными скоростями передач;
Уменьшениезатрат за счет того, что сетевые ресурсы распределяются между большимколичеством пользователей
В своюочередь при использовании коммутации пакетов применяется 2 способа передачиданных: дейтаграммный и виртуальный.
Привиртуальном способе передача данных происходит в виде последовательностей,связанных в цепочки пакетов, естественном порядке по устанавливаемому маршруту.При этом в отличие от коммутации каналов линии связи могут разделяться многимисообщениями, когда попеременно по каналу передаются пакеты разных сообщений(это так называемый режим временного мультиплексирования, иначе TDM — TimeDivision Method), или задерживаться в промежуточных буферах. Предусматриваетсяконтроль правильности передачи данных путем посылки от получателя к отправителюподтверждающего сообщения — положительной квитанции. Этот контроль возможен какво всех промежуточных узлах маршрута, так и только в конечном узле. Он можетосуществляться старт-стопным способом, при котором отправитель до тех пор непередает следующий пакет, пока не получит подтверждения о правильной передачепредыдущего пакета, или способом передачи «в окне». Окно можетвключать N пакетов, и возможны задержки в получении подтверждений на протяженииокна. Так, если произошла ошибка при передаче, т.е. отправитель получаетотрицательную квитанцию относительно пакета с номером K, то нужна повторнаяпередача и она начинается с пакета K
Например, всетях можно использовать переменный размер окна. Так, в соответствии срекомендацией документа RFC-793 время ожидания подтверждений вычисляется поформуле
T ож = 2*Tср,где Tср:= 0,9*Tср + 0,1*Ti,
Tср — усредненное значение времени прохода пакета до получателя и обратно,
Ti — результат очередного измерения этого времени.
Основное свойствовиртуального канала — это сохранение порядка поступления пакетов. Это означает,что отсутствие одного пакета в пункте назначения исключает возможностьпоступления всех следующих пакетов. Организация виртуального канала между двумяпользователями равносильно выделению им дуплексного канала связи, по которомуданные передаются в их естественной последовательности. Виртуальный каналсохраняет все преимущества способа — “коммутация пакетов” в отношении скоростипередачи данных и мультиплексирования, но добавляет к ним еще одно свойство, аименно — сохраняет естественную последовательность данных.
Виртуальныйканал — логическое, протокольно-независимое соединение, устанавливаемое в сетипакетной коммутации по протоколу Frame Relay, между двумя оконечнымиустройствами, обеспечивающими пользовательский интерфейс Ethernet по стандарту10BaseT и характеризующееся следующими параметрами:
пропускнаяспособность;
средапередачи на абонентской субмагистрали.
Пользовательскийинтерфейс Ethernet образуется на выходе маршрутизатора Cisco 1601,подключенного к выделенному каналу с соответствующей пропускной способностью кцентру пакетной коммутации по стыку V.35.
/>
Виртуальныеканалы могут использоваться для соединения территориально разнесенных объектовкак по схеме точка — точка, так и по схеме мультиточка или звезда.
Виртуальныеканалы сети пакетной коммутации, построенной на базе сети SDH и вторичной сетивыделенных каналов. Эффективный способ соединения географически удаленныхлокальных вычислительных сетей. Frame Relay совместим со всеми протоколами,наиболее часто используемыми в ЛВС (TCP, Novell IPX, DECNET или NETBIOS). Этотпротокол обеспечивает эффективную работу по каналам связи высокого качества.Позволяет эффективно передавать неравномерно распределенный по времени трафик.Обеспечивает малое время задержки при передаче информации через сеть. В отличиеот вторичной сети выделенных каналов, для организации нового соединения нет необходимостиустанавливать дополнительную аппаратуру. В стоимость услуги также входитустановка модема для оптической или медной линии и маршрутизатора с портом10-BaseT для подключения локальной сети клиента.
Прицентрализованной маршрутизация в сети виртуальных каналов отправитель в адресатустанавливают виртуальный канал и маршрут между ними фиксируется на времясеанса связи. Решение об изменении маршрута между данной паройотправитель-адресат может приниматься только до начала сеанса связи.
Непосредственнойпричиной перегрузок в сети связи является чрезмерная загруженность каналовсвязи. Поэтому заполняются буфера сетевых процессов (СП) в узлах, возникаютблокировки. Было предложено использовать измеренную интенсивность потоков вканалах в качестве основного параметра системы управления потоками, котораяобъединяет функции маршрутизации пакетов и ограничения нагрузки в сети связи. Вэтом случае для каждого канала устанавливают пороговые значения интенсивностипотоков и различают несколько состояний каналов, например:
нормальное,когда интенсивность потока в канале не превосходит 70% теоретически возможной;
предупреждающее- 70-80%;
тревожное — более 80%.
Узлы сетиобмениваются маршрутными таблицами, отражающими состояния каналов для каждогоузла-адресата, что позволяет в каждом узле принимать решения по управлениюпотоками в зависимости от состояний канатов. Возможны различные варианты такихалгоритмов управления потоками. Например, когда в узле выходящий каналвыбранного маршрута находится в предупреждающем состоянии, то пакет ставится вочередь к этому каналу, как при нормальных условиях, а отправителю посылаетсяблокирующее сообщение, предписывающее ограничить поток. Если канал находится втревожном состоянии, то пакет отбрасывается.
3.3 Сетеваяархитектура и топология
Основныекомпоненты, из которых строится сеть:
передающаясреда – коаксиальный кабель,телефонный кабель, витая пара, оптоволоконный кабель, радиоэфир и др.;
рабочие станции– ПК, АРМ или собственносетевая станция. Если рабочая станция подключена к сети, для нее могут непотребоваться ни винчестер, ни флоппи-диски. Однако, в этом случае необходимсетевой адаптер –специальное устройство для дистанционной загрузки операционной системы из сети;
платыинтерфейса – сетевые платы дляорганизации взаимодействия рабочих станций с сетью;
серверы –отдельные компьютеры с программным обеспечением, выполняющие функции управлениясетевыми ресурсами общего доступа;
сетевоепрограммное обеспечение.
Топология,т.е. конфигурация соединения элементов в ЛВС, привлекает к себе внимание вбольшей степени, чем другие характеристики сети. Это связано с тем, что именнотопология во многом определяет самые важные свойства сети, такие, например, какнадежность и производительность.
Звездообразнаятопология.
Топологиясети в виде звезды с активным центром унаследована из области мэйнфреймов, гдеголовная машина получает и обрабатывает все данные с терминальных устройств какактивный узел обработки данных. Вся информация между периферийными рабочимистанциями проходит через центральный узел вычислительной сети.
Кабельноесоединение топологии относительно простое, постольку поскольку каждая рабочаястанция связана с центральным узлом, однако затраты на прокладку линий связивысокие, особенно когда центральный узел географически расположен не в центретопологии.
Звездообразнаятопология при хорошей производительности центрального узла является одной изнаиболее быстродействующих топологий ЛВС, поскольку передача информации междурабочими станциями происходит по выделенным линиям, используемым только этимирабочими станциями. Частота запросов на передачу информации от одной станции кдругой невысокая по сравнению с другими топологиями.
/>
Рис 1. Топология в виде звезды
ПроизводительностьЛВС звездообразной топологии в первую очередь определяется параметрамицентрального узла, который выступает в качестве сервера сети. Он можетоказаться узким местом сети. В случае выхода из строя центрального узланарушается работа сети в целом.
Кольцеваятопология.
В кольцевойтопологии сети рабочие станции ЛВС связаны между собой по кругу. Последняярабочая станция связана с первой, т.е. коммуникационная связь замыкается вкольцо.
Прокладкалиний связи между рабочими станциями может оказаться довольно дорогостоящей,особенно если территориально рабочие станции расположены далеко от основногокольца.
Сообщения вкольце ЛВС циркулируют по кругу. Рабочая станция посылает по определенномуадресу информацию, предварительно получив из кольца запрос. Передача информацииоказывается достаточно эффективной, так как сообщения можно отправлять одно задругим. Так, например, можно сделать кольцевой запрос на все станции.Продолжительность передачи информации увеличивается пропорционально количествурабочих станций, входящих в ЛВС.
/>
Рис 2.Кольцевая топология
Главнаяпроблема кольцевой топологии состоит в том, что каждая рабочая станция должнаучаствовать в передаче информации, и в случае выхода из строя хотя бы одной изних вся сеть парализуется. Неисправности в кабельной системе локализуютсялегко.
Шиннаятопология
В ЛВС сшинной топологией основная передающая среда (шина) – общая для всех рабочихстанций. Функционирование ЛВС не зависит от состояния отдельной рабочейстанции, т.е. рабочие станции в любое время могут быть подключены к шине илиотключены от нее без нарушения работы сети в целом.
/>
Рис 3. Шиннаятопология
Однако впростейшей сети Ethernet с шинной топологией в качестве передающей средыиспользуется тонкий Ethernet-кабель с тройниковым соединителем (T-коннектором),поэтому расширение такой сети требует разрыва шины, что приводит к нарушениюфункционирования сети. Более дорогостоящие решения предполагают установкувместо T-коннекторов пассивных штепсельных коробок.
Посколькурасширение ЛВС с шинной топологией можно проводить без прерывания сетевыхпроцессов и разрыва коммуникационной среды, отвод информации из ЛВС и,соответственно, прослушивание информации осуществляются достаточно легко,вследствие чего защищенность такой ЛВС низкая.
Древовиднаятопология.
Образуетсяпутем различных комбинаций рассмотренных выше топологий ЛВС. Основание дерева(корень) располагается в точке, в которой собираются коммуникационные линии(ветви дерева).
Сети сдревовидной структурой применяются там, где невозможно непосредственноеприменение базовых сетевых структур. Для подключения рабочих станций применяютустройства, называемые концентраторами.
Существуетдве разновидности таких устройств. Устройства, к которым можно подключитьмаксимум три станции, называют пассивными концентраторами. Для подключениябольшего количества устройств необходимы активные концентраторы с возможностьюусиления сигнала.
В нашемслучае, ЛВС будет с шинной топологией, как в центральном офисе, так и вфилиалах.
Одна илинесколько машин могут быть выделены для некоторых специальных функций:
Разделениеобщих файлов. Доступ к файлам для совместного одновременного использования.
Передачафайлов. Передача информации без использования внешних носителей.
Доступ кинформации и файлам. Запуск прикладных программ с любой рабочей станции.
Разделениеприкладных программ. Запуск одновременно на нескольких рабочих станциях копииодной и той же программы.
Одновременныйввод данных в прикладные программы.
Все этифункции выполняет специально выделенная машина, называемая файл-сервером.
Разделениепринтера. ЛВС позволяет нескольким пользователям совместно использовать одинили несколько принтеров. Этим занимается принт-сервер.
Электроннаяпочта. Эта служба используется для рассылки писем, служебных записок, докладови т.п. другим пользователям. Машина, выделенная для этой службы называетсямэйл-сервером.
4. Организация сети на основе сетевой ОС
/>
4.1 СтруктураNetWare и обзор особенностей
NetWare — этоспециализированная операционная система, а не ОС общего назначения. ОС общегоназначения обеспечивают сервис, который удовлетворяет потребностям многихразличных приложений, к тому же такая ОС обычно очень устойчива к поведениюсвоих приложений за счет специальных ограничительных мер. Приложения могут разрабатыватьсяпочти без заботы о их взаимодействии с другими программами. Они также могутбыть написаны без учета фактора разделения ресурсов компьютера, таких какпамять или CPU.
В ОС общегоназначения проблемы взаимодействия, разделения ресурсов и т.д. решаютсяоперационной системой. Приложениям, которые пытаются решать их самостоятельно,ОС может запретить это делать. Это обеспечивает некоторый уровень защитыприложений и ОС.
NetWare — этоспециализированная ОС, которая с самого начала проектировалась для оптимизациисетевого сервиса и, в первую очередь, доступа к удаленным файлам. Такиеприложения, как электронные таблицы и текстовые процессоры, будут лучшеработать под управлением ОС общего назначения, а приложения типа серверапечати, сервера баз данных и коммуникационного сервера, которые обеспечиваютуправление разделяемыми ресурсами, будут лучше работать под NetWare. Но, чтобыдобиться такого эффекта, приложения для NetWare нужно писать тщательно,осознавая последствия их совместной работы на сервере, чтобы одно приложение неподавляло другие из-за слишком интенсивного захвата процессорного времени.
Кромеповышения производительности — основной цели разработки семейства ОС NetWare5.x и 6.x, разработчики ставили перед собой цели создания открытой, расширяемойи высоконадежной операционной системы, обеспечивающей высокий уровень защитыинформации.
/>
4.2 Способыповышения производительности
Плоскаямодель памяти
NetWareработает в защищенном режиме CPU (protected mode), используя все преимуществапроцессоров, связанные с 32-разрядной адресацией памяти.
В защищенномрежиме память адресуется непрерывным диапазоном адресов. Эта так называемая«плоская» (flat) модель памяти делает управление памятью болееудобным и гибким. В этом случае нет необходимости переключать сегменты памяти,так как вся память состоит из одного сегмента. При работе в«реальном» режиме CPU отдельная операция по выделению памятиограничена размером 64 К, так как 64 К — это максимальный размер сегмента.Работа в 32-разрядном режиме значительно повышает скорость выполнения всехкомпонентов и модулей ОС.
Нити иневытесняющая многозадачность
Другимпреимуществом защищенного режима является возможность выполнять несколькопрограмм одновременно. Часто это называют многозадачностью (multitasking). ВNetWare реализован механизм «нитей» (thread), который позволяетиспользовать все преимущества расщепления одного процесса на несколькопараллельно выполняемых нитей. NetWare обеспечивает удобные средства дляреализации многонитевых процессов.
Существуетнесколько вариантов реализации алгоритма диспетчирования нитей. NetWareиспользует метод невытесняющей многозадачности (nonpreemptive multitasking).Это означает, что обычно невозможно прерывание приложений и их нитей другимиприложениями и нитями. Иногда этот метод называют «окружением хорошихпарней», так как ожидается, что приложения будут вести себя вежливо поотношению к системным ресурсам. Фактически, если приложение не отдаетпериодически управление CPU, чтобы дать возможность другим приложениямвыполняться, то будет работать только это приложение. Следовательно, при работев таком режиме очень важно понимать последствия захвата CPU и быть«хорошим парнем» среди равных. Главным же преимуществом невытесняющеймногозадачности является более быстрое переключение с нити на нить по сравнениюс вытесняющей многозадачностью (preemptive multitasking), когда нить процессапрерывается в неожиданный и часто неудобный для нее момент времени, и ОСприходится сохранять гораздо больше информации о прерванном состоянии нити, чемв случае, когда нить сама отдает управление ОС.
Из-за того,что NetWare использует режим невытесняющей многозадачности, она не оченьзаботится о управлении поведением нитей, которые выполняются. NetWare хранитинформацию о том, какая нить выполняется, с каким приоритетом и как долго этопроисходит, но навязывает нитям свои ограничения только в экстремальныхситуациях. Обычно NetWare считает, что все нити справедливо разделяютпроцессор, достаточно часто отдавая ему управление. Это позволяет NetWare самойработать более эффективно.
Кэшированиедиска
Всяоперативная память, оставшаяся после загрузки ОС и дополнительных модулей,используется для кэширования диска, что, файлам при соответствующих размерахоперативной памяти, естественно, существенно повышает скорость обращения кдисковым.
Элеваторныйпоиск
В ОС NetWareпредусмотрен отдельный процесс чтения с диска, который считывает данные сжестких дисков сервера и размещает их в кэш-буферах. Этот процесс сортируетпоступающие запросы на чтение и располагает их в порядке приоритетов, взависимости от текущего положения головок дисковода. Такой метод обслуживаниязапросов, называемый элеваторным поиском (elevator seeking), оптимизируетперемещение головок и в результате позволяет значительно увеличить пропускнуюспособность дисковой подсистемы при большой интенсивности запросов.
Параллельныйпоиск
Если насервере имеется несколько дисковых каналов, то NetWare может параллельноосуществлять поиск данных на нескольких дисках (по одному диску на канал). Этосущественно повышает производительность.
Способы обеспечения открытости и расширяемости
Все сетевыесервисы, утилиты сервера или работающие на сервере приложения выполнены в NetWareв виде загружаемых модулей — NetWare Loadable Modules, NLMs, которые могутдинамически загружаться и выгружаться в любое время без остановки сервера.Структура ОС NetWare приведена на рисунке 4.
/>
Рис 4. СтруктураОС NetWare
Ядро системы,называемое System Executive, выполняет базовые задачи ОС по управлению памятью,планированию и диспетчированию нитей, управлению файловой системой, такжеподдерживает программную шину для интерфейса NLM'ов. Каждый NLM выполняет либофункции операционной системы (драйвер диска или сетевого адаптера, утилитапространства имен, файловый сервер или модуль почтового сервиса), либо являетсяпользовательским модулем, реализующим дополнительный сетевой сервис — например,сервис SQL-сервера или сервера печати. Для ядра системы все модули NLMравноправны, поэтому расширение или сужение функций системы осуществляетсяпутем добавления или выгрузки соответствующего NLM'а.
Novellобеспечивает расширяемость системы NetWare за счет предоставления программистамнабора инструментальных средств и строго описанных интерфейсов API дляразработки собственных NLM-приложений, использующих все возможности 32-разрядногоокружения. В настоящее время существует большое количество программных системтретьих фирм, реализованных в виде NLM-приложений, для серверов NetWare — серверы баз данных, коммуникационные серверы и т.п.
Открытость ОСNetWare обеспечивается поддержкой ею наиболее популярных стеков протоколов встрогом соответствии с существующими стандартами. NetWare поддерживает такиепопулярные сетевые протоколы, как IPX/SPX, TCP/IP, Apple Talk, и средства ихмультиплексирования, такие как STREAMS и TLI. Стандарт ODI позволяетнезависимым разработчикам сетевых адаптеров легко включать свои NLM-драйверы всостав серверной ОС NetWare. Кроме того, фирма Novell разработала для NetWareбольшое количество программных средств — шлюзов к другим широко распространеннымсетям, таким, как сети Internet и SNA.
/>
4.3 Способыобеспечения надежности
В системахNetWare предусмотрен ряд функций, обеспечивающих надежность системы ицелостность данных. Ниже перечислены функции, которые обеспечивают защиту всехчастей сервера: от устройств хранения данных до критичных файлов прикладныхпрограмм. Наличие таких функций позволяет NetWare обеспечить очень высокийуровень надежности сети.
Средстваобеспечения надежности SFT I:
Проверкачтением после записи. После записи на диск каждый блок данных немедленносчитывается в память для проверки читаемости. Первоначальное содержание блокане стирается до окончания проверки. Если данные не читаются, они записываются вдругой блок диска, а первый блок помечается как дефектный.
Дублированиекаталогов. NetWare хранит копию структуры корневого каталога. Если портитсяосновная структура, то начинает использоваться резервная.
Дублированиетаблицы размещения файлов FAT. NetWare хранит копию FAT и использует ее припорче основной таблицы FAT.
Оперативноеисправление 1 (Hot Fix 1). Запись или перезапись данных из дефектных блоков вспециальную резервную область диска.
Контроль UPS.
Средстваобеспечения надежности SFT II:
Зеркальноеотображение дисков, подключенных к одному дисковому контроллеру (DiskMirroring).
Дуплексированиедисков, подключенных к различным дисковым контроллерам (Disk Duplexing).
Оперативноеисправление 2 (Hot Fix 2). Повторное выполнение операции чтения на отраженномдиске и запись данных в резервную область.
Системаотслеживания транзакций (TTS).
Средстваобеспечения надежности SFT III заключаются в полном динамическом зеркальномотображении двух серверов, которые могут находится на значительном удалениидруг от друга (при использовании оптоволоконного кабеля для межсерверной связи- до 4 км).
/>
4.4 Защитаинформации
Средствазащиты информации встроены в NetWare на базовых уровнях операционной системы, ане являются надстройкой в виде какого-либо приложения. Поскольку NetWareиспользует на файл-сервере особую структуру файлов, то пользователи не могутполучить доступ к сетевым файлам, даже если они получат физический доступ кфайл-серверу.
Операционныесистемы NetWare содержат механизмы защиты следующих уровней:
защитаинформации о пользователе;
защитапаролем;
защитакаталогов;
защитафайлов;
межсетеваязащита.
В 1983 годуфирма Novell ввела в систему концепций локальной сети понятия именипользователя, пароля и характеристики пользователя (user profile).Характеристика пользователя содержит перечень ресурсов, к которым пользовательимеет доступ, и права, которыми он обладает при работе с этими ресурсами.Администратор сети может ограничить права пользователя по входу в сеть датой, временеми конкретными рабочими станциями. Средства обнаружения нарушений защиты иблокировки действий нарушителя извещают администратора сети о попыткахнесанкционированного доступа.
В версииNetWare 3.12 пароли хранятся на сервере в зашифрованном виде. Пароль,задаваемый пользователем, передается по кабелю также в зашифрованном виде, чтообеспечивает защиту от попыток узнать пароль путем «прослушивания»сети.
В версииNetWare 6.x использована более надежная схема идентификации пользователя прилогическом входе в сеть, основанная на использовании технологии защиты RSApublic key/private key. При использовании этой технологии пароль и личный ключпользователя никогда не передаются по кабелям, что полностью исключаетвозможность узнать чужой пароль. В службу каталогов NDS также введен новыйуровень управления доступом, который может быть введен в действиеадминистратором в любой части сети.
С точкизрения защиты ОС NetWare не делает различия между операционными системамирабочих станций. Станции, работающие под управлением DOS, Windows, OS/2,Macintosh и UnixWare, обслуживаются совершенно одинаково, и все функции защитыприменяются ко всем операционным системам, которые могут использоваться в сетиNetWare.
/>
4.5 Управлениепроцессами
Каждый NLMстартует в ОС NetWare как по крайней мере одна нить (ее можно считать процессомв традиционном понимании этого термина), которая создается неявным образом призапуске функции main() программы, но однонитевые процессы в NetWare являютсяредким исключением. Функциональные особенности файл-сервера предопределяютбольшие выгоды при расщеплении процесса обслуживания параллельных запросов кфайлам, поступающих одновременно от нескольких пользователей, на нескольконитей. Концепция нитей упрощает программирование этого параллелизма, так какподпроцесс обслуживания одного запроса внутри одной нити программируется какпоследовательный процесс, то есть процесс, в котором все стадии выполненияпротекают в естественной последовательности. Параллелизм же выполнениянескольких запросов реализуется на уровне планировщика операционной системы.NetWare сама запускает много внутренних процессов, таких как процесс обновлениякэша или процесс обработки командной строки консоли, которые являются многонитевыми.Все нити одного NLM разделяют общее адресное пространство.
Припереключении нитей операционная система использует контекст нити, которыйявляется мгновенным снимком рабочей среды нити. В общем случае в контекст нитивходят различные переменные, содержание экранов, указатели, счетчики, ссылки,управляющая информация и другие параметры. При переключении с одной нити надругую контекст снимаемой с выполнения нити запоминается ОС, а контекстзапускаемой нити восстанавливается. Время переключения во многом зависит отразмера контекста, и алгоритм невытесняющей многозадачности работает быстреевытесняющего алгоритма и из-за того, что в первом случае контекст нити илипроцесса (в ОС, поддерживающих только концепцию процесса) имеет меньшиеразмеры.
/>
Рис 5.Соотношение между глобальным, групповым и индивидуальным контекстами нитей вNetWare
В средеNetWare различается три вида контекстов нитей: глобальный контекст, контекстгруппы нитей и контекст отдельной нити. Эти контексты вложены друг в друга, какэто показано на рисунке 5. Соотношение между данными этих контекстов напоминаетсоотношение глобальных и локальных переменных в программе, написанной на языкеC. Глобальный контекст является общим для всех нитей данного NLM'а, и все егопеременные видны для всех его нитей. В NetWare можно создавать несколько группнитей внутри одного NLM-процесса, и эти группы имеют свой групповой контекст.Все нити группы видят переменные контекста своей группы, но не видят переменныхконтекста другой группы. И, наконец, каждая отдельная нить имеет свойсобственный контекст. Содержимое этого контекста доступно только для даннойнити.
Очевидно, чтотакая иерархическая организация контекстов ускоряет переключение нитей, так какпри переключении с нити на нить в пределах одной группы нет необходимостизаменять контексты групп или глобальные контексты, достаточно лишь заменитьконтексты нитей, которые меньше по объему, чем контексты других видов.Аналогично, при переключении с нити одной группы на нить другой группы впределах одного NLM глобальный контекст не изменяется, а заменяется толькоконтекст группы. Переключение же глобальных контекстов происходит только припереходе с нити одного NLM на нить другого NLM.
Программныйкод в NetWare для работы с нитями может пользоваться различными библиотечнымифункциями, такими как:
BeginThread — создать новую нить.
BeginThreadGroup- создать новую группу нитей, которая содержит одну нить. Функция аналогичнаBeginThread, но нить приписывается к новой группе нитей.
ThreadSwitch-с помощью этой функции нить отдает управление планировщику ОС, которыйвыполняет переключение на новую нить. Нить, вызвавшая эту функцию, считает себяготовой к дальнейшему выполнению, но отдает управления для того, чтобы могливыполняться и другие нити.
ThreadSwitchWithDelay- функция аналогична предыдущей, но нить считает, что она будет готова квыполнению только через определенное количество переключений с нити на нить.
Delay — функция, аналогичная предыдущей, но задержка дается в миллисекундах.
ThreadSwitchLowPriority- функция передачи управления, отличается от ThreadSwitch тем, что нить проситпоместить ее в очередь готовых к выполнению, но низкоприоритетных нитей.
SheduleWorkToDo- вместо создания новой нити для выполнения определенной работы (выраженнойфункцией языка C), поручает эту работу уже созданной заранее нити из резервногопула нитей ОС NetWare, который создается при старте системы для системных целейи срочных работ NLM'ов. Эта функция появилась только в версии NetWare 4.0.
Кроме этихфункций NetWare предоставляет средства синхронизации нитей с помощью семафорови сигналов.
ПланировщикNetWare использует несколько очередей для организации невытесняющей дисциплиныобслуживания нитей (рисунок 6).
При созданиинити с помощью функций BeginThread или BeginThreadGroup нить попадает в конецочереди RunList, которая содержит готовые к выполнению нити. После того, каквыполнявшаяся на CPU нить завершает свою очередную итерацию с помощью одного извызовов передачи управления (или вызова ожидания на семафоре), планировщиквыбирает для выполнения стоящую первой в очереди RunList нить и запускает ее навыполнение. Нить, завершившая свою очередную итерацию, помещается в конец однойиз очередей в зависимости от того, какой вызов передачи управления онаиспользовала: в конец очереди RunList при вызове ThreadSwitch, в конец очередиDelayedWorkToDoList при вызовах ThreadSwitchWithDelay или Delay или же в конецочереди LowPriorityRunList при вызове ThreadSwitchLowPriority. Если же нитьвообще завершила свою работу, выполнив функцию return() в главной функции нити(при создании нити в качестве параметра указывается функция, которая являетсяглавной функцией нити), то данная нить уничтожается.
Нити,находящиеся в очереди DelayedWorkToDoList, после завершения условия ожиданияперемещаются в конец очереди RunList.
Нити,находящиеся в очереди LowPriorityRunList, запускаются на выполнения только втом случае, когда очередь RunList пуста. Обычно в эту очередь назначаются нити,выполняющую несрочную фоновую работу.
/>
Рис 6.Система очередей планирования NetWare
ОчередьWorkToDoList является в системе самой приоритетной. Рабочие нити ОС выбираютработы из этой очереди, и эти нити обладают наивысшим приоритетом, то естьпопадают на выполнение перед нитями из очереди RunList. Рабочие нити должныиспользоваться для выполнения очень срочных работ. Планировщик разрешаетвыполниться подряд только определенному количеству нитей из очередиWorkToDoList, а затем запускает нить из очереди RunList. Очередь WorkToDoList исвязанные с ней функции, появившиеся в версии NetWare 4.0, значительно повышаютпроизводительность NLM-приложений.
Описанныймеханизм организации многонитевой работы в ОС NetWare v5.x и NetWare 6.x всочетании со средствами синхронизации нитей (семафоры и сигналы) представляетсобой современный подход к организации параллелизма и многопоточной обработки.Этот подход потенциально очень производителен, так как отличается небольшиминакладными расходами ОС на диспетчирование нитей за счет простых алгоритмовпланирования и иерархии контекстов Но для достижения высокой производительностик разработчикам NLM-приложений предъявляются высокие требования, так какраспределение процессорного времени между различными NLM будет зависеть вконечном счете от реализации приложения и способа использования описанных вэтом разделе средств. Кроме того, общая производительность сервера будетопределяться всем набором выполняемых на нем NLM'ов и их взаимной способностьюк сосуществованию.
/>
4.6 Файловаясистема
Файловаясистема NetWare значительно отличается от файловых систем ОС общего назначенияследующими ключевыми свойствами:
в нейпредприняты дополнительные меры по сохранению целостности данных;
достигнутавысокая производительность;
обеспеченаемкость файловых систем класса мейнфреймов;
обеспечиваетсяширокий набор функций файловых API для серверных приложений.
Тома ижесткие диски
Том — этопервичная структура данных файловой системы NetWare. Том включает физическоехранилище данных, логическую информацию о файлах (файлы и каталоги), информациюпространства имен (Name Space) для поддержки не-DOS'овских форматов файлов исистемы отказоустойчивости — систему оперативного исправления (Hot Fix) исистему отслеживания транзакций (TTS).
СерверNetWare 5.х или 6.x может иметь до 64 томов, монтируемых одновременно. Каждыйтом может обеспечивать хранение до 32 TБ (терабайт), если сервер имеетдостаточный кэш для хранения структур данных тома, включая FAT (File AllocationTable) тома.
Том NetWare — это аналог понятия «файловая система» в UNIX. То есть том можномонтировать и демонтировать, как и файловую систему UNIX. Однако внутренняяструктура тома NetWare существенно отличается от структуры файловой системыUNIX.
Физическаяструктура тома
Физическийноситель, который доступен для приложений с помощью средств тома NetWare,состоит из блоков. Блок тома соответствует последовательности секторовфизического носителя. Стандартный размер блока тома — 4K (8 секторов), новозможны блоки и больших размеров. Том NetWare — это массив блоков, а каждыйблок — это массив секторов.
Блоки томадолжны быть связаны с реальным физическим носителем. Этот носитель состоит изсегментов областей физического носителя, которые являются разделами (partitions),подготовленными для использования как части тома NetWare.
Такимобразом, базовая структура тома NetWare включает:
Сегментфизического носителя, который подготовлен как раздел NetWare;
Секторыфизического носителя, поддерживаемые контроллером диска;
Блоки, каждыйиз которыхпредставляет собой массив секторов;
Том,представляет собой массив блоков.
Том NetWareможет быть многосегментным. Поэтому физический носитель тома может состоять изнескольких дисководов.
Многосегментныетома имеют следующую структуру:
Том можетвключать до 32 сегментов;
Отдельныйфизический носитель может состоять максимум из 8 сегментов, относящихся кодному или нескольким томам.
Размещениесегментов одного тома на разных дисках позволяет осуществлять операции чтения изаписи различных частей этого тома одновременно, что повышает скорость доступак данным. Однако при размещении сегментов тома на нескольких дисках требуетсязеркальное отображение дисков для защиты информации при отказе какого-либодиска, иначе такой отказ приведет к потере одного или нескольких томов.
Таблица,которая описывает сегмент, называется таблицей определения тома VolumeDefinition Table (VDT). В этой таблице содержится имя тома, размер тома иинформация о расположении сегментов тома на различных дисках. Каждый томNetWare содержит четыре копии (для обеспечения отказоустойчивости) таблицы VDTв каждом разделе NetWare диска. Кроме таблиц VDT раздел NetWare содержитобласть переназначения дефектных блоков Hot Fix, остальная часть разделаNetWare отводится под сегменты, которые могут принадлежать различным томам.
На сервереNetWare должен быть один диск, содержащий раздел DOS. Этот раздел являетсяактивным и с него после выполнения стартового командного файла DOS autoexec.batавтоматически стартует ОС NetWare.
Логическаяструктура тома
Каждый томимеет таблицу распределения блоков файлов FAT и таблицу входов в каталог DET(Directory Entry Table). Таблица FAT по назначению аналогична таблице FATMS-DOS, а таблица DET — корневому каталогу диска MS-DOS. Отличие DET откорневого каталога DOS состоит в том, что для каждого файла в нем можетнаходиться несколько записей — входов, если файл имеет не DOS'овский формат.
Таблицы FAT иDET кэшируются в оперативной памяти сервера. FAT кэшируется всегда, а DET — динамически, кэшируются только те входы, которые используются. Входы DET могутвыгружаться из памяти, если они долгое время не используются.
NetWareвсегда оперирует с избыточным числом копий FAT и DET для надежности.
Кэшированиефайлов
В NetWare длядостижения высокой производительности файловой системы реализован обширныйдинамический кэш файлов в оперативной памяти. Этот кэш построен на блочнойоснове. Когда приложение читает или пишет в файл, NetWare копирует нужные блокиданных файла в кэш (если они не находятся уже там). Когда файловая кэш-памятьполностью заполняется, NetWare выполняет процедуру выгрузки в соответствии салгоритмом «наименее используемый в последнее время» (Least RecentlyUsed, LRU).
NetWareконфигурирует файловую кэш-память во время инсталляции ОС. После распределенияпамяти для структур данных операционной системы и инициализации динамическихтаблиц для стартовой конфигурации, NetWare превращает всю оставшуюся память вфайловый кэш. Если NLM'ы динамически запрашивают память, то она берется изпамяти файлового кэша. В версиях NetWare 4.x NLM может вернуть эту памятьфайловому кэшу, когда она ему больше не нужна (в предыдущих версиях такойвозможности нет).
NetWareкэширует данные файлов поблочно. Это позволяет NetWare достигать высокойстепени синхронизации между буферами файлового кэша и блоками тома. Фактически,система кэширования файлов представляет собой часть логической файловой системыNetWare. Такая тесная интеграция между файловым кэшем и физическими носителямипомогают сохранить целостность данных в файлах при значительном выигрыше впроизводительности.
В NetWare вбуферах кэш-системы хранятся не только блоки данных файлов, но и такие элементыфайловой системы, как FAT, Turbo FAT, кэш-таблица и входы каталогов. Turbo FATпредставляет собой таблицу, в которой непосредственно перечислены все блокифайла, если их количество превышает 64. Это обеспечивает быстрый доступ кбольшим файлам.
Приразработке серверных приложений при использовании стандартных функций APIработы с файлами программисту нет необходимости задумываться об особенностяхреализации системы кэширования файлов. Однако NetWare предоставляетразработчику специальные функции чтения данных непосредственно из буферов кэша(API асинхронного чтения AsyncRead API). Этот API позволяет увеличитьпроизводительность NLM-приложений.
5. Структура корпоративной компьютерной сети предприятия, сетевыеустройства и средства коммуникаций
Дляобъединения компьютеров в локальную четь требуется вставить в каждыйподключаемый к сети компьютер сетевой контроллер, который позволяет компьютеруполучать информацию из локальной сети и передавать данные в сеть, а такжесоединить компьютеры кабелями, по которым происходит передача данных междукомпьютерами, а также другими подключенными к сети устройствами (принтерами,сканерами и т.д.). В некоторых типах сетей кабели соединяют компьютерынепосредственно, в других соединение кабелей осуществляется через специальныеустройства – концентраторы (или хабы), коммутаторы и др. В небольших сетяхобычно компьютеры сети соединяются кабелями с концентратором, который ипередает сигналы от одних подключенных к нему компьютеров к другим.
В качествесредств коммуникации наиболее часто используются витая пара, коаксиальный кабельи оптоволоконные линии. При выборе тира кабеля учитывают следующие показатели:
Стоимостьмонтажа и обслуживания;
Скоростьпередачи информации;
Ограниченияна величину расстояния передачи информации (без дополнительныхусилителей-повторителей (репитеров));
Безопасностьпередачи данных.
Главнаяпроблема заключается в одновременном обеспечении этих показателей, например,наивысшая скорость передачи данных ограничена максимально возможным расстояниемпередачи данных, при котором еще обеспечивается требуемый уровень защитыданных. Легкая наращиваемость и простота расширения кабельной системы влияют наее стоимость и безопасность передачи данных.
/>5.1 Кабели
Витая пара
Наиболеедешевым кабельным соединением является витое двухжильное проводное соединениечасто называемое «витой парой» (англ. twisted pair). Она позволяет передаватьинформацию со скоростью до 10 Мбит/с, легко наращивается, однако являетсяпомехонезащищенной. Длина кабеля не может превышать 1000 м при скоростипередачи 1 Мбит/с. Преимуществами являются низкая цена и беспроблемнаяустановка. Для повышения помехозащищенности информации часто используютэкранированную витую пару, т.е. витую пару, помещенную в экранирующую оболочку,подобно экрану коаксиального кабеля. Это увеличивает стоимость витой пары иприближает ее цену к цене коаксиального кабеля.
Коаксиальныйкабель
Коаксиальныйкабель имеет среднюю цену, хорошо помехозащищен и применяется для связи набольшие расстояния (несколько километров). Скорость передачи информации от 1 до10 Мбит/с, а в некоторых случаях может достигать 50 Мбит/с. Коаксиальный кабельиспользуется для основной и широкополосной передачи информации.
Широкополосныйкоаксиальный кабель
Широкополосныйкоаксиальный кабель невосприимчив к помехам, легко наращивается, но цена еговысокая. Скорость передачи информации равна 500 Мбит/с. При передачи информациив базисной полосе частот на расстояние более 1,5 км требуется усилитель, илитак называемый репитер (англ. repeater — повторитель). Поэтому суммарноерасстояние при передаче информации увеличивается до 10 км. Для вычислительныхсетей с топологией тира «шина» или «дерево» коаксиальный кабель должен иметь наконце согласующий резистор (терминатор).
Ethernet-кабель
Ethernet-кабельтакже является коаксиальным кабелем с волновым сопротивлением 50 Ом. Егоназывают еще толстый Ethernet (англ. thick) или желтый кабель (англ. yellowcable). Он использует 15-контактное стандартное включение. Вследствиепомехозащищенности является дорогой альтернативой обычным коаксиальным кабелям.Средняя скорость передачи данных 10 Мбит/с. Максимально доступное расстояниесети Ethernet — около 3000 м. Ethernet-кабель, благодаря своей магистральнойтопологии, использует в конце лишь один нагрузочный резистор.
Cheapernet-кабель
Болеедешевым, чем Ethernet-кабель является соединение Cheapernet-кабель (RG-58) или,как его часто называют, тонкий (англ. thin) Ethernet. Это 50-омный коаксиальныйкабель со скоростью передачи информации в 10 Мбит/с. При соединении сегментовCheapernet-кабеля также требуются повторители. Вычислительные сети сCheapernet-кабелем имеют небольшую стоимость и минимальные затраты принаращивании. Соединения сетевых плат производится с помощью широко используемыхмалогабаритных байонетных разъемов (СР-50). Дополнительное экранирование нетребуется. Кабель присоединяется к ПК с помощью тройниковых соединителей(Т-connectors). Расстояние между двумя рабочими станциями без повторителейможет составлять максимум 300 м, а минимум 0.5 м, общее расстояние для сети наCheapernet-кабеля около 1000 м. Приемопередатчик Cheapernet расположен насетевой плате как для гальванической развязки между адаптерами, мак и дляусиления внешнего сигнала.
Оптоволоконныелинии
Наиболеедорогими являются оптопроводники, называемые также стекловолоконным кабелем.Скорость распространения информации по ним достигает 100 Мбит/с, а наэкспериментальных образцах оборудования 200 Мбит/с. Допустимое удаление более50 км. Внешнее воздействие помех практически отсутствует. На данный момент этонаиболее дорогостоящее соединение для ЛВС. Применяются там, где возникаютэлектромагнитные поля помех или требуется передача информации на очень большиерасстояния без использования повторителей. В таблице 1 рассмотрены основныепоказатели средств коммуникации.
Таблица 1.Основные показатели средств коммуникации Средства коммуникаций для передачи данных Показатели Двухжильнай кабель-витая пара Коаксиальный кабель Оптоволоконный кабель Цена Невысокая Относительно высокая Высокая Наращивание Очень простое Проблемотично Простое Защита от прослушивания Незначительная Хорошая Высокая Проблемы с заземлением Нет Возможны Нет Восприимчивость к помехам Существует Существует Отсутствует
Такжеоптоволоконные линии обладают противоподслушивающими свойствами, так кактехника ответвлений в оптоволоконных кобелях очень сложна. Оптопроводникиобъединяются в ЛВС с помощью звездообразного соединения.
/>
5.2 Адаптеры
Внезависимости от используемого кабеля для каждой рабочей станции необходимо иметьсетевой адаптер. Сетевой адаптер – это плата, которая вставляется в материнскуюплату компьютера. Она имеет два разъема для подключения к сетевому кабелю.
Сетевыеадаптеры Ethernet используют порты ввода/вывода и один канал прерывания.Некоторые адаптеры могут работать с каналами прямого доступа к памяти (DMA).
На платеадаптера может располагаться микросхема постоянного запоминающего устройства(ПЗУ) для создания так называемых бездисковых рабочих станций. Это компьютеры,в которых нет ни винчестера, ни флоппи-дисков. Загрузка операционной системывыполняется из сети, и выполняет ее программа, записанная в микросхемедистанционной загрузки.
/>
5.3 Репитер
Если длинасети превышает максимальную длину сегмента сети, необходимо разбить сеть нанесколько (до пяти) сегментов, соединив их через репитер.
Конструктивнорепитер может быть выполнен либо в виде отдельной конструкции со своим блокомпитания, либо в виде платы, вставляемой в слот расширения материнской платыкомпьютера.
Репитер ввиде отдельной конструкции стоит дороже, но он может быть использован длясоединения сегментов Ethernet, выполненных как на тонком, так и на толстомкабеле, мак как он имеет и коаксиальные разъемы, и разъемы для подключениятрансиверного кабеля. С помощью этого репитера можно даже соединить в единуюсеть сегменты, выполненные и на тонком, и на толстом кабеле.
Репитер ввиде платы имеет только коаксиальные разъемы и поэтому может соединять толькосегменты на тонком коаксиальном кабеле. Однако он стоит дешевле, и не требуетотдельной розетки для подключения электропитания.
Один изнедостатков встраиваемого в рабочую станцию репитера заключается в том, чтобыдля обеспечения круглосуточной работы сети станция с репитером также должнаработать круглосуточно. При выключении питания связь между сегментами сетибудет нарушена.
Функциирепитера заключаются в физическом разделении сегментов сети и обеспечениивосстановления пакетов, передаваемых из одного сегмента сети в другой.
Репитерповышает надежность сети, так как отказ одного сегмента (например, обрывкабеля) не сказывается на работе других сегментов. Однако через поврежденныйсегмент данные проходить не могут.
/>
5.4 Серверы
Дляобеспечения функционирования локальной сети часто выделяется специальныйкомпьютер – сервер, или несколько таких компьютеров. На дисках сервероврасполагаются совместно используемые программы, базы данных и т.д. Остальныекомпьютеры локальной сети часто называются рабочими станциями. На тех рабочихстанциях, где требуется обрабатывать только данные на сервере, часто дляэкономии, не устанавливают жестких дисков. В сетях, состоящих более чем из20-25 компьютеров, наличие сервера обязательно – иначе, как правило,производительность сети будет неудовлетворительной. Сервер необходим и присовместной интенсивной работе с какой –либо базой данных.
Иногдасерверам назначается определенная специализация (хранение данных, программы,обеспечение модемной и факсимильной связи, вывод на печать и т.д.). Серверы,как правило, не используются в качестве рабочих мест пользователей. Серверы,обеспечивающие работу с ценными данными, часто размещаются в изолированномпомещении, доступ в которое имеют только специально уполномоченные люди.
/>
5.5 Модемы ифакс-модемы
Для всехпользователей, желающих использовать глобальные электронные сети тира InterNet,работать с электронной почтой, получать извне офиса доступ к локальной сетисвоей, посылать и получать факсы с помощью компьютера и т.д., необходим модемили факс-модем. Модем – это устройство для обмена информацией с другимикомпьютерами через телефонные сети. Факс-модем – устройство, сочетающеевозможности модема и средства для обмена факсимильными изображениями с другимифакс-модемами и обычными телефаксными аппаратами. Большинство современныхмодемов являются факс-модемами. Некоторые модемы обладают голосовымивозможностями и могут, например, использоваться в качестве автоответчика.
Дляустойчивой работы на отечественных телефонных линиях импортные модемы должныбыть соответствующим образом адаптированы.
Существуетряд принципов построения ЛВС на основе выше рассмотренных компонентов. Такиепринципы еще называют топологиями (п 3.3).
Таблица 2.Основные характеристики трех наиболее типичных типологий вычислительных сетей.Характеристики Топологии вычислительных сетей Звезда Кольцо Шина Стоимость расширения Незначительная Средняя Средняя Присоединение абонентов Пассивное Активное Пассивное Защита от отказов Незначительная Незначительная Высокая Размеры системы Любые Любые Ограниченны Защищенность от прослушивания Хорошая Хорошая Незначительная Стоимость подключения Незначительная Незначительная Высокая Поведение системы при высоких нагрузках Хорошее Удовлетворительное Плохое Возможность работы в реальном режиме времени Очень хорошая Хорошая Плохая Разводка кабеля Хорошая Удовлетворительная Хорошая Обслуживание Очень хорошее Среднее Среднее
5.6 Автоматизированные рабочие места
Подавтоматизированным рабочим местом (АРМ) понимается совокупность методических,языковых, аппаратных и программных средств, обеспечивающих автоматизациюфункций пользователя в некоторой предметной области и позволяющих оперативноудовлетворять его информационные и вычислительные запросы.
КлассификацияАРМ управленческих работников.
Индивидуальныерабочие места характерны для руководителей различных рангов. Групповые рабочиеместа характерны для лиц, готовящих информацию с целью ее дальнейшегоиспользования и принятия управленческих решений руководителя (рабочие местафинансистов, бухгалтеров, делопроизводителей и др.). На ручномнемеханизированном рабочем месте в распоряжении работников имеется стол,специальная мебель, телефон, линейки, таблицы и другие подсобные средства.Механизированное рабочее место характеризуется включением в выполняемый на немпроцесс простейших и программируемых калькуляторов. Компьютеризированное рабочееместо предполагает непременное использование персонального компьютера сразвитым обеспечением. Создание автоматизированных рабочих мест предполагает,что основные операции по накоплению, хранению и переработке информациивозлагаются на вычислительную технику, а специалист выполняет определеннуючасть ручных операций и операций, требующих творческого подхода при подготовкеуправленческих решений.
АРМобеспечивают следующие преимущества:
возможностьрасширения сферы их применения за счет простоты изменения состава прикладныхпрограммных средств;
простоту,удобство и «дружественность» по отношению к пользователю;
простотуадаптации к конкретным функциям пользователя;
компактностьразмещения и невысокие требования к условиям эксплуатации;
высокуюнадежность и живучесть, сравнительно простую организацию техническогообслуживания;
возможностьпоэтапного внедрения и другие.
Требования,предъявляемые к различным видам автоматизированных рабочих мест, определяетсяуровнем решений, принимаемых работником данного автоматизированного рабочегоместа.
Обеспечениеавтоматизированных рабочих мест.
Функционированиеавтоматизированного рабочего места требует разработки всех видов обеспечения:информационного, математического, программного, лингвистического,технологического, организационного, эргономического и правового.
Информационноеобеспечение предусматривает организацию информационной базы, регламентируетинформационные связи и предопределяет состав и содержание всей системыинформации. Первоочередной задачей при этом является организация внутримашинной информационной базы: выбор необходимого состава показателей, способамиорганизации, методов группировки и выборки необходимых данных, определениевидов необходимых носителей, организацию активной и пассивной информации, организациюсправочной и комплектующей информации, разработку макетов для упрощения вводаинформации и выбора необходимых функций.
Математическоеобеспечение представляет собой совокупность алгоритмов, обеспечивающих ввод,контроль, хранения и корректировку информации; формирование результативнойинформации и оформление её в виде таблиц, графиков, диаграмм; Обеспечениедостоверности информации. Наиболее целесообразно организовывать математическоеобеспечение по модульному принципу, выделяя типовые и стандартные многократноповторяющиеся процедуры. Математическое обеспечение служит для разработкикомплекса программных средств, в связи с чем его качество должно быть высоким ионо должно согласовываться с потенциальным пользователем автоматизированногорабочего места.
Программноеобеспечение подразделяется на общие и специализированное. Основные элементыобщего программного обеспечения обычно поставляются вместе с персональной ЭВМ.К ним относятся: операционные системы и оболочки, программные средства введениябаз данных, программные средства организации диалога, а также программы,расширяющие возможности операционной системы. Специальное программноеобеспечение состоит из уникальных программ и функциональных пакетов прикладныхпрограмм. Именно от специального программного обеспечения зависит вид,содержание и конкретная специализация рабочего места. Учитывая, что специальноепрограммное обеспечение в конкретном счёте, определяет область примененияавтоматизированных рабочих мест и состав решаемых пользователем задач, онодолжно создаваться на основе инструментальных программных средств диалоговыхсистем, ориентированных на решение конкретного класса задач со схожими функционально-техническимиособенностями обработки информации.
Лингвистическоеобеспечение включает языки общения с пользователем – язык запросов,информационно-поисковые языки, языки-посредники в сетях. Языковые средстваможно разделить по видам диалога. Средства поддержки диалога определяют теязыковые конструкции, заранее которые необходимы пользователю. В одномавтоматизированном рабочем месте может быть реализовано несколько типовдиалога.
Технологическоеобеспечение представляет собой конкретную чётко установленную совокупностьпроектных решений, определяющих последовательность операций, процедур и этаповобработки в соответствующей сфере деятельности пользователя.
Организационноеобеспечение включает комплекс документов, регламентирующих деятельностьспециалистов при использовании ПВМ или терминала на их рабочем месте.
Методическоеобеспечение состоит из методических указаний, рекомендаций и положений повнедрению, эксплуатации и оценки эффективности функционированияавтоматизированных рабочих мест. Оно включает в себя также организованнуюмашинным способом справочную информацию об автоматизированном рабочем месте вцелом и в отдельных его функциях., средства обучения работе, демонстрационные ирекламные примеры.
Эргономическоеобеспечение представляет собой комплекс мероприятий, выполнение которых должносоздавать максимально комфортные условия для использования рабочего местаспециалистами, для быстрейшего освоения технологии работы и обеспечениякачественной работы.
Правовоеобеспечение включает систему нормативно-правовых документов, которые должнычетко определять права и обязанности специалистов в условиях функционированиярабочего места.
6. Расчеты затрат на создание сети
Будемиспользовать оборудование фирмы D-Link.
КонцентраторD-Link Switch DES-1008D 100Mbit 8-port – 322560 руб (6 шт).
ADSL-ModemD-Link DSL-2500U – 503070 руб (6 шт).
Сервер DellPowerEdge SC1435 — $1299 (3507300 руб).
Кабель (витаяпара) 305 м — $692 (1868400 руб).
И того имеем:6 201 330 руб.
Стоимостьтрафика у интернет-провайдера (Belteleсom) – 45000 руб – 2 Гб в месяц. Дляфилиалов в сумме – 270 000 руб/мес.
Обслуживаниемсети будет заниматься системный администратор.
Заключение
Насегодняшний день разработка и внедрение ИВС является одной из самых интересныхи важных задач в области информационных технологий. Все больше возрастаетнеобходимость в оперативной информации, постоянно растет трафик сетей всехуровней. В связи с этим появляются новые технологии передачи информации в ИВС.Среди последних открытий следует отметить возможность передачи данных с помощьюобычных линий электропередач, при чем данный метод позволяет увеличить нетолько скорость, но и надежность передачи. Сетевые технологии очень быстроразвиваются, в связи с чем они начинают выделяться в отдельную информационнуюотрасль. Ученные прогнозируют, что ближайшим достижением этой отрасли будетполное вытеснение других средств передачи информации. На смену телефону,средствам массовой информации и т.д. придет компьютер, он будет подключен кнекоему глобальному потоку информации, возможно даже это будет Internet, и изэтого потока можно будет получить любую информацию в любом представлении. Хотянельзя утверждать, что все будет именно так, поскольку сетевые технологии, каки сама информатика, – самые молодые науки, а все молодое – оченьнепредсказуемо.
/>Библиографический список
1. Амато,Вито. А61 Основы организации сетей Cisco, том 1,2.: Пер. с англ. — М.:Издательский — дом «Вильяме»,2002. — 512 е.: ил. — Парад, тит. англ.ISBN 5-8459-0258-4 (рус.)
2. ГусеваА.И. Работа в локальных сетях NetWare — Учебник. – М.: Диалог – МИФИ, 1996 г.
3. Ю.А.Кулаков, Г.М. Луцкий. «Компьютерные сети». Киев «Юниор» 1998 г.
4. «Основыадминистрирования NetWare» // КомпьютерПресс № №2-12 1996.